LNG生產(chǎn)主要設(shè)備

LNG生產(chǎn)主要設(shè)備第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組液化工藝中主要工藝設(shè)備有制冷壓縮機(jī)組、換熱器、膨脹機(jī)等。在LNG工廠的投資費(fèi)用中，工藝設(shè)備占40％以上，其中制冷壓力機(jī)組占50％，換熱器占30％。制冷壓縮機(jī)組制冷壓縮機(jī)組，包括壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置（原動(dòng)機(jī)）。制冷壓縮機(jī)組一般不備用。

第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組一、離心式壓縮機(jī)整套離心式壓縮機(jī)組是由電氣、機(jī)械、潤(rùn)滑、冷卻、控制等部分組成的一個(gè)系統(tǒng)，主要由轉(zhuǎn)子、定子、和輔助設(shè)備等部件組成。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組離心壓縮機(jī)的特點(diǎn)①流量大。由于往復(fù)往復(fù)式壓縮機(jī)是間歇地進(jìn)、排氣，而氣量又受氣缸容積及活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度所限制。離心壓縮機(jī)中氣體是連續(xù)流動(dòng)，流通截面較大，同時(shí)葉輪轉(zhuǎn)速很高，故流量很大。②轉(zhuǎn)速高。離心壓縮機(jī)中轉(zhuǎn)子只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，且與靜止部件不接觸。這不僅減少了摩擦，還可大大提高轉(zhuǎn)速。③結(jié)構(gòu)緊湊。機(jī)組重量及占地面積都比同一氣量的活塞壓縮機(jī)小得多。④運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件不直接接觸摩擦，因而運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、排氣均勻、易損件少。且不需備用機(jī)組，維修量小。⑤單級(jí)壓力比不高。⑥效率稍低。由于離心壓縮機(jī)中氣流速度較大，造成能量損失較大，故效率較活塞壓縮機(jī)稍低。⑦由于離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高、功率大、無(wú)備機(jī)，因此一旦發(fā)生事故，后果是嚴(yán)重的，需有一系列緊急安全保障設(shè)施。一、離心式壓縮機(jī)第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組

在天然氣加工中通常需要三到四個(gè)葉輪的離心式壓縮機(jī)用于制冷操作。為使用多個(gè)級(jí)間閃蒸節(jié)能器的機(jī)會(huì)并允許多個(gè)冷卻溫度水平以進(jìn)一步降低功耗的機(jī)會(huì)。離心式壓縮機(jī)裝置的主要缺點(diǎn)：出口節(jié)流會(huì)引起氣流波動(dòng)。為了避免波動(dòng)問題，在低負(fù)荷操作期間將排出的制冷劑蒸氣循環(huán)回壓縮機(jī)吸入口。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組離心式壓縮機(jī)主要參數(shù)計(jì)算：（1）排氣溫度離心式壓縮機(jī)的排氣溫度按多變壓縮計(jì)算：（5-1）式中Td—離心式壓縮機(jī)的排氣溫度，K；Ts—離心式壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度，K；ε—壓縮比；m—多變指數(shù)。（2）多變效率（5-2）式中ηp—離心式壓縮機(jī)的多變效率；m—多變指數(shù)；k—?dú)怏w絕熱指數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（3）離心式壓縮機(jī)的功率離心式壓縮機(jī)的理論功率：（5-3）式中

p—多變效率；Ps—進(jìn)氣壓力，kPa；Vs—進(jìn)氣流量，m3/min；Pd—排氣壓力，kPa；ηp—絕熱效率。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組離心式壓縮機(jī)的實(shí)際消耗功為：（5-4）

g—機(jī)械效率，一般取以下數(shù)值：

N>2000kW，

g=97～98%

N=1000-2000kW，

g=96～97%

N<1000kW，

g=94～96%

c—傳動(dòng)效率，直接傳動(dòng)時(shí)

c=1.0，用齒輪增速箱傳動(dòng)時(shí)，

c=0.93～0.98。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組二、往復(fù)式壓縮機(jī)往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：①適用壓力范圍廣。依靠工作容積變化的原理工作，因而不論其流量大小，都能達(dá)到很高的工作壓力。②熱力效率較高，功率消耗較其它型式壓縮機(jī)低。③對(duì)介質(zhì)及排氣量的適應(yīng)性強(qiáng)。可用于較大的排氣量范圍，且排氣量受排氣壓力變化的影響較小。缺點(diǎn)：①因往復(fù)慣性力大，使轉(zhuǎn)速不能太高，故機(jī)器較笨重，大排量者尤甚。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多，使維修工作量大；②由于排氣不連續(xù)，造成氣流壓力脈動(dòng)，易產(chǎn)生氣柱振動(dòng)。

使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，制冷工藝溫度通常要求兩級(jí)壓縮。這提供了一個(gè)使用一個(gè)級(jí)間節(jié)能器的機(jī)遇，也提供了一個(gè)輔助制冷的機(jī)會(huì)。綜上所述，往復(fù)式壓縮機(jī)主要適用于中、小流量而壓力較高的場(chǎng)合。

第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組

往復(fù)式壓縮機(jī)主要參數(shù)計(jì)算：（1）排氣量和供氣量排氣量與供氣量的關(guān)系按下式計(jì)算。（5-5）式中Vs——排氣量，m3/min；

——進(jìn)氣狀態(tài)下的相對(duì)濕度；psa——進(jìn)氣溫度下的飽和蒸氣壓力，kPa；p0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，kPa；T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度，K；Ps——進(jìn)氣壓力，kPa；Ts——進(jìn)氣溫度，K。Ts=40

C;V——供氣量，m3/min。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（2）實(shí)際壓縮機(jī)的排氣量：排氣系數(shù)

： （5-6）式中λ—排氣系數(shù)，表示實(shí)際排氣量與理論排氣量之比。

v—容積系數(shù)；

p—壓力系數(shù)；

t—溫度系數(shù)；

g—?dú)饷芟禂?shù)。（3）排氣壓力及級(jí)數(shù) （5-7）式中

t—壓縮機(jī)的總壓縮比；B—級(jí)數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（4）排氣溫度（5-8）式中Ts、Td—進(jìn)、排氣的絕對(duì)溫度，K；

ε—壓縮比；

K—絕熱指數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（5）功率壓縮機(jī)指示功率，多按絕熱循環(huán)計(jì)算：理想氣體：Z級(jí)壓縮機(jī)實(shí)際氣體：

式中Ni—指示功率，kW；

Psi—第i級(jí)名義吸氣壓力，kPa；

Vti—第i級(jí)的氣缸行程容積，m3/min；

λvi—第i級(jí)的容積系數(shù)；—第i級(jí)的考慮壓力損失的實(shí)際排氣和吸氣壓力，kPa；

ki—第i級(jí)理想氣體的絕熱過(guò)程指數(shù)；

kTi—第i級(jí)實(shí)際氣體的溫度絕熱指數(shù)；

zsi、zdi—第i級(jí)名義壓力下的氣體壓縮性系數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組軸功率為：（5-11）式中ηm—壓縮機(jī)機(jī)械效率，一般中、大型壓縮機(jī)ηm=0.90～0.95；循環(huán)壓縮機(jī)ηm=0.80～0.85。驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)為：（5-12）式中ηc—傳動(dòng)效率，皮帶傳動(dòng)ηc=0.96～0.99；齒輪傳動(dòng)ηc=0.97～0.99；半彈性聯(lián)軸節(jié)：ηc=0.97～0.99；剛性聯(lián)軸節(jié)：ηc=1。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組（1）螺桿式壓縮機(jī)主要特點(diǎn)：①它的單位排氣量的體積、質(zhì)量、占地面積以及排氣脈動(dòng)均遠(yuǎn)比往復(fù)式壓縮機(jī)為小。②螺桿式壓縮機(jī)在寬廣的工況范圍內(nèi)，仍能保持較高的效率，沒有動(dòng)力型壓縮機(jī)在小排氣量時(shí)出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象。③它可用于所有制冷劑。④螺桿式壓縮機(jī)可在很寬的吸入和排出壓力范圍條件下操作而系統(tǒng)毋需改造。實(shí)際上壓縮比無(wú)限制。⑤發(fā)動(dòng)機(jī)、氣體透平和膨脹機(jī)也可用作驅(qū)動(dòng)器。三、螺桿式壓縮機(jī)第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組(2)往復(fù)式壓縮機(jī)特性計(jì)算：1）排氣溫度①干式螺桿壓縮機(jī)（5-13）式中Td—排氣溫度，K；

—外壓縮比，；m—多變指數(shù)；Ts—進(jìn)氣溫度，K。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組②噴油螺桿壓縮機(jī) （5-14）式中Ns—壓縮機(jī)的軸功率，kW；G—排氣質(zhì)量流量，kg/s；G0—噴油質(zhì)量流量，kg/s；Cp—?dú)怏w的比熱容，J/（kg·K）；Cpo—油的比熱容，J/（kg·K）；Tsg—?dú)怏w的進(jìn)氣溫度，K；Tso—油的進(jìn)口溫度，K；Td—排氣（油）溫度，K。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組2）指示功率①內(nèi)壓縮比和外壓縮比相等時(shí)的指示功率對(duì)于干式螺桿壓縮機(jī)： （5-15）式中N—功率（指示功率），kW；ps—進(jìn)氣壓力，kPa；Vs—進(jìn)口狀態(tài)下壓縮機(jī)排氣量，m3/min；

—壓縮比；k—絕熱指數(shù)；m1—多變指數(shù)，m1>k，對(duì)于空氣m1=1.5-1.6；

—排氣系數(shù)，對(duì)于對(duì)稱圓弧型線

=0.65-0.90，單邊不對(duì)稱型線

=0.7-0.95。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組對(duì)于噴油螺桿壓縮機(jī):（5-16）式中m2—噴油冷卻的多變指數(shù)，m2<k；

—排氣系數(shù)，對(duì)于對(duì)稱圓弧型線

=0.75-0.9，單邊不對(duì)稱型線

=0.8-0.95。②內(nèi)壓縮比和外縮比不相等的指示功率對(duì)于噴油螺桿壓縮機(jī) （5-17）式中N—指標(biāo)功率，kW；

in—內(nèi)壓縮比。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組3）絕熱功率和絕熱效率（5-18）絕熱效率 （5-19）低壓縮比、大中排氣量時(shí)，

ad=0.7～0.75；高壓縮比、中小排氣量時(shí)，

ad=0.6～0.7。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組四、軸流式壓縮機(jī)軸流式壓縮機(jī)主要用于大流量、低壓力比的場(chǎng)合，１、效率亞聲速級(jí)軸流式壓縮機(jī)的多變效率ηp=0.84~0.93，跨聲速級(jí)軸流式壓縮機(jī)的多變效率ηp=0.8~0.89。多變效率ηp與絕熱效率的換算關(guān)系為：

式中ηp—軸流式壓縮機(jī)的多變效率；ε—壓縮比；ｍ—多變指數(shù)；ｋ—?dú)怏w絕熱指數(shù)。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組四、軸流式壓縮機(jī)

2、級(jí)數(shù)軸流式壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)i按下式計(jì)算：式中hp—軸流式壓縮機(jī)的總能量頭，kg·m／kg；Ｚ—壓縮因子；Ｒ—?dú)怏w常數(shù)，（kg·m）／（kg·k）；T1—進(jìn)氣溫度，Ｋ；hadm—級(jí)的平均能量頭，hadm＝1500～2500kg·m／kg。五、壓縮機(jī)的選擇（大型液化裝置）預(yù)冷循環(huán)多選用離心式壓縮機(jī)；氣體液化循環(huán)，一級(jí)壓縮多選用軸流式壓縮機(jī)，次級(jí)壓縮選用配有中間冷卻器的離心式壓縮機(jī)；甲烷壓縮機(jī)多選用離心式壓縮機(jī)。液化工藝工藝流體數(shù)最少壓縮機(jī)臺(tái)數(shù)所有壓縮機(jī)的功率和速度是否可比階式循環(huán)33幾乎不混合冷劑循環(huán)11是預(yù)冷混合冷劑循環(huán)22是液化工藝及壓縮機(jī)配置第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組一.液化制冷劑壓縮機(jī)1.低壓混合制冷劑（LPMR）壓縮機(jī)采用2臺(tái)壓縮機(jī)串聯(lián)布置進(jìn)行壓縮操作。對(duì)于LPMR的壓縮（一級(jí)壓縮），需要流量相當(dāng)大的壓縮機(jī)。大葉輪離心式壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)可用于LPMR的壓縮。與離心式壓縮機(jī)相比，軸流式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn)：流量較大，軸流式壓縮機(jī)的多變效率要高5％以上。另外，軸流式壓縮機(jī)中采用的定子葉片可調(diào)，這為進(jìn)行流量和壓力調(diào)節(jié)提供了可能性，并能降低啟動(dòng)時(shí)的功率消耗。但軸流式壓縮機(jī)的缺點(diǎn)：容易發(fā)生喘振，或因吸入外來(lái)物而發(fā)生故障。

軸流式壓縮機(jī)與固定速度燃?xì)廨啓C(jī)組合。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組綜上所述，對(duì)于LPMR的壓縮操作，是選用軸流式壓縮機(jī)還是離心式壓縮機(jī)，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件、業(yè)主的操作原理和要求。2.高壓混合制冷劑（HPMR）壓縮機(jī)

大型LNG工廠的HPMR壓縮操作要求采用徑向?qū)﹂_式（簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)）離心式壓縮機(jī)，配有中間冷卻器。

達(dá)斯島(D.Island.)LNG生產(chǎn)廠采用了一種帶中間冷卻器的45MW單缸徑向?qū)﹂_式離心壓縮機(jī)。這種壓縮機(jī)可用在生產(chǎn)能力為3.96

106t/a的生產(chǎn)廠進(jìn)行HPMR壓縮操作。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組二.預(yù)冷制冷劑壓縮機(jī)丙烷壓縮機(jī)（以丙烷作預(yù)冷制冷劑）。選用離心式壓縮機(jī)，這是因?yàn)檫@種壓縮機(jī)流速低，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)節(jié)，且現(xiàn)有產(chǎn)品選擇余地大。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組

在Ｐ.Ｔ.石油公司的巴丹LNG工廠，丙烷壓縮機(jī)的葉輪直徑1500mm，實(shí)際操作吸入流量約為190000m３/h。這種離心式壓縮機(jī)為4葉輪結(jié)構(gòu)（2+1+1）由于提供給壓縮機(jī)第一級(jí)的體積流量較大，因此施加于初級(jí)丙烷制冷的負(fù)荷相對(duì)較高。對(duì)于能力達(dá)3.96×106t/a的LNG生產(chǎn)廠，也可將每級(jí)丙烷壓縮的實(shí)際吸入量限制到190000m３/h。為此，可采用6葉輪（2+2+2）結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)進(jìn)行3級(jí)預(yù)冷或采用5葉輪（1+1+1+2）結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)進(jìn)行4級(jí)預(yù)冷。這幾種結(jié)構(gòu)都已在現(xiàn)有LNG工廠中獲得了成功的運(yùn)用。五、驅(qū)動(dòng)機(jī)的選擇

對(duì)于LNG生產(chǎn)，可供選擇的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置（原動(dòng)機(jī)）有：電動(dòng)機(jī)、蒸氣渦輪機(jī)和燃?xì)鉁u輪機(jī)。選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真考慮和分析這樣一些因素：總體設(shè)計(jì)依據(jù)，工藝選擇設(shè)計(jì)，原動(dòng)機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公用設(shè)施的影響，環(huán)境影響，安全性，可靠性，可維修性，投資和操作費(fèi)等。第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組第一節(jié)制冷壓縮機(jī)組1.電動(dòng)機(jī)在基本負(fù)荷型LNG工廠中采用電動(dòng)機(jī)作壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)的情況較少。2.蒸汽透平蒸汽透平已成功地用于基本負(fù)荷型LNG生產(chǎn)。3.燃?xì)馔钙竭x用燃?xì)馔钙阶鲏嚎s機(jī)的原動(dòng)機(jī)。

第二節(jié)換熱器

液化用換熱器液化工藝換熱器類型說(shuō)明階式循環(huán)、兩級(jí)MR板翅式每條生產(chǎn)線需2臺(tái)單級(jí)MR工藝?yán)@管式：鋁殼、鋁管單級(jí)MRC3-MR繞管式：鋁殼、鋁管每條生產(chǎn)線1臺(tái)，由2~3組管束組成在LNG生產(chǎn)中選用的換熱器有繞管式、板翅式和管殼式幾種類型，見下表。它們的主要功能有：對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)冷和液化，提供酸氣脫除、分餾裝置和公用設(shè)施所需的冷量。其中對(duì)原料氣進(jìn)行液化是這種設(shè)備的最大功能。一.繞管式換熱器基地型LNG工廠多采用大型立式繞管式換熱器作主換熱。直徑可達(dá)4.2m，高54m，重240t。中心心軸上纏繞上許多管條，其長(zhǎng)度可達(dá)80m，管條端頭連接到管板上。管條內(nèi)為高壓氣體或液體，制冷劑通過(guò)冷卻套在管條外循環(huán)。在這種換熱器內(nèi)可以同時(shí)冷卻幾種流體，冷卻面積